NAPHO Nano-sources de photons. G. Dujardin, ISMO (Orsay) S. Huant, Institut Néel (Grenoble) B. Masenelli, INSA (Lyon) C. Girard, CEMES (Toulouse)

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1 NAPHO Nano-sources de photons G. Dujardin, ISMO (Orsay) S. Huant, Institut Néel (Grenoble) B. Masenelli, INSA (Lyon) C. Girard, CEMES (Toulouse) Journées Nationales Nanosciences et Nanotechnologies 212

2 NAPHO Contexte Des sources de photons de dimension nanométrique ont été réalisées précédemment à partir de différents dispositifs tels que les boîtes quantiques, les nanofils semi-conducteurs ou les cristaux de diamant contenant des défauts de centres colorés. Mais outre leur taille élevée (souvent > 1 nm), ces sources de photons ne sont pas excitées de manière localisée et sont difficilement manipulables.

3 Objectifs NAPHO La réalisation de nano-sources de photons de dimension inférieure à 2 nm et pouvant être excitées localement et manipulées avec une précision de 1 nm Ces nano-sources de photons seront utilisées pour sonder les propriétés photoniques et les transferts photoniques à l échelle nanométrique.

4 NAPHO Nano-source de photons sous pointe STM V Objective Tube lens Beam splitter Removable lens e - CCD Camera STM tip Gold film on glass substrate Optical fiber Spectrometer Excitation électrique très locale (< 1 nm) par effets tunnels inélastiques: -Excitation électroniques de nano-objets individuels (nanox CdSe, nanofils organiques, molécules, etc -Excitation électrique de plasmons de surface Détection des émissions de photons par microscopie optique à travers l échantillon (image du plan objet, image du plan de Fourier, spectroscopie)

5 NAPHO Excitation électrique de plasmons de surface sous pointe STM; plasmons localisés et plasmons propagatifs Excitation sélective de plasmons localisés et propagatifs T. Wang et al. Soumis

6 Emission pattern of a dipole located above a thin metallic film Emission pattern in the plane of the dipole l=5 nm 1 m 1 μm 1 μm 1 l=6 nm 1 μm 1 μm 1 l=7 nm 1 μm 1 μm Renaud MARTY 6

7 Fourier plane distribution of the k vectors Image in a plane below the thin metallic film Au m Nanotechnology 22 (211) l =5nm Experiment Glass l =6nm 1 mm l =7nm 1 mm 1 mm Wang T., Dujardin G. et al, Nanotech. 211 Marty R. et al, Chem. Phys. Lett. (212) Renaud MARTY

8 Excitation of surface plasmons Intensity at a given time A 4 nm B 6 nm C 7 nm Marty R. et al, Chem. Phys. Lett. (212) Renaud MARTY 8

9 Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) Fourier plane distribution of the k vectors 1 Relation between near-field and far-field informations l =5nm =6nm =7nm l l.5 A In plane momentum distribution k /k 1 r l =5nm l =6nm l =7nm crtitical angle L SPP (Δk) -1 B.5 C angle (deg.) Marty R. et al, Chem. Phys. Lett. (212) Renaud MARTY 9

10 Image plane Back focal plane Fourier transform Image plane 11) Experiment TWang et al Wang T., G. Dujardin et al, Nanotech. 211 Renaud MARTY 1

11 NAPHO Nano-source de photons avec nanodiamant sous pointe SNOM La corrélation de photons démontre que la cohérence du 2 ème ordre de la source quantique de photons (nanodiamant) est intégralement conservée après injection de plasmons de surface dans le film d or. A. Cuche et al. Nano Lett. 1, 4566 (21) O. Mollet et al. Phys. Rev. B 86, 4541 (212)

12 (SNOM) Plasmonic excitation by a dipole-like source Mollet O. et al, PRB (212) 12

13 Heigh (nm) Heigh (nm) Plasmonic excitation yield by a dipolar source A B Wavelength (nm) Wavelength (nm) 17 Renaud MARTY 13

14 Excitation of a thin gold film with a NV center - SNOM Renaud MARTY 14

15 NAPHO Nano-source de photons avec nanoparticule de YAG dopé au Ce 3+ pour exciter les nanodiamants (NV centre) YAG: Ce NV centre λ=532 nm (excitation directe du NV) Surdopage au Ce 3+ jusqu à 4% des nanoparticules de YAG a été obtenu (maximum 1% pour le matériau massif) B. Masenelli et al. Nanotechnology 23, 3576 (212)

16 Indicateurs d impact NAPHO 14 publications déjà parus, nombreuses publications en commun en préparation 21 conférences invitées et 1 séminaires invités 9 réunions de tous les partenaires Recrutements financés par NAPHO: - Thèse Tao Wang (29-212); prix du meilleur poster en «Nano-Optics» à ICNT (Juillet 212) - Thèse Oriane Mollet (29-212) - Post-doc Renaud Marty (Oct211-Oct212)

17 CONCLUSION Similitude entre les configurations STM-Inélastique et NV-SNOM sur films plasmoniques Mise au point de nouvelles nano-sondes pour l adressage localisé de plasmons de surface Conception de deux nouvelles plateformes expérimentales pour l adressage optiques de circuits plasmoniques (nanofils, réseaux linéaires de trous, ) Description unifiée des phénomènes observés à l aide de fonctions de Green généralisées

18 Merci de votre attention